INTERMEDIJARNI FILAMENTI: STRUKTURA, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Su intermedijeri vlakna, poznate u literaturi, kao što je „MS” (od engleskog posrednici vlakna), su porodica vlaknastih proteina citosolne netopive tvari su prisutne u svim stanicama višestaničnih eukariota.

Dio su citoskeleta, koji je unutarćelijska vlaknasta mreža koja je uglavnom odgovorna za podršku staničnoj strukturi i razne metaboličke i fiziološke procese, kao što su transport vezikula, kretanje i pomicanje stanica itd.

Imunofluorescentna mikroskopija dva proteina intermedijarnih vlakana astrocita (Vimentin i GFAP) (Izvor: GerryShaw via Wikimedia Commons)

Uz mikrotubule i mikrofilamente, intermedijarni filamenti sudjeluju u prostornoj organizaciji unutarćelijskih organela, u procesima endocitoze i egzocitoze, kao i u procesima stanične diobe i međućelijske komunikacije.

Prvi intermedijarni filamenti koji su proučavani i opisani bili su keratini, jedna od prvih vrsta proteina čija je struktura analizirana difrakcijom rendgenskih zraka 1930-ih.

Koncept intermedijarnih filamenata, međutim, uveo je u 1980-ih Lazarides, koji ih je opisao kao složene "mehaničke integratore staničnog prostora", karakterizirane njihovom netopljivošću i sposobnošću ponovnog sastavljanja in vitro nakon denaturacije.

Mnogi autori ih smatraju „puferskim“ elementima za životinjske stanice, jer su fleksibilniji filamenti od mikrotubula i mikrofilamenata. Oni se ne nalaze samo u citoskeletu, već su i dio nukleoskeleta.

Za razliku od ostalih vlaknastih komponenti citoskeleta, intermedijarni filamenti ne sudjeluju izravno u procesima mobilnosti stanica, već djeluju u strukturnom održavanju i mehaničkoj otpornosti stanica.

Struktura

Izvor:

Intermedijarni filamenti imaju približni promjer od 10 nm, strukturnu karakteristiku po kojoj su i dobili ime, jer je njihova veličina između veličina koje odgovaraju miozinskim i aktinskim vlaknima, a koje su između 25 i 7 nm. odnosno.

Oni se strukturno razlikuju od druge dvije vrste citoskeletnih filamenata, koji su globularni proteinski polimeri, po tome što su njihove sastavne jedinice različiti duljine α-spiralnih vlaknastih duljina koji se skupljaju u obliku užeta poput strukture.

Svi proteini koji čine intermedijarne filamente imaju sličnu molekularnu organizaciju, koja se sastoji od α-spiralne ili „užadne“ domene koja ima različite količine segmenata „koji formiraju zavojnice“ iste veličine.

Ova spiralna domena povezana je sa N-terminalnom ne-spiralnom "glavom" i ne-spiralnim "repom" na kraju C-terminala, a obje se razlikuju u veličini i u nizu aminokiselina.

Unutar sekvence ova dva kraja nalaze se konsenzusni motivi koji su zajednički za 6 vrsta poznatih intermedijarnih niti.

Kod kralježnjaka domena "akorda" citosolnih proteina filamenata iznosi oko 310 aminokiselinskih ostataka, dok su beskralježnjački i nukleinski lamina citosolni proteini dugački otprilike 350 aminokiselina.

Skupština

Međusredni filamenti su "samonakupljajuće" strukture koje ne posjeduju enzimatsku aktivnost, što ih također razlikuje od njihovih citoskeletnih kolega (mikrotubula i mikrofilamenta).

Te su strukture u početku sastavljene kao tetrameri vlaknastih proteina koji ih čine pod utjecajem samo monovalentnih kationa.

Ti tetrameri su dugački 62 nm, a njihovi se monomeri pridružuju bočno, kako bi formirali filamente duljine jedinice (UFL), poznati kao faza 1 sastavljanja, koja se događa vrlo brzo.,

UFL su prekursori dugih filamenata i budući da su dimeri koji ih čine spojeni antiparalno i stupnjevito, ove jedinice imaju središnju domenu s dvije bočne domene kroz koje dolazi faza 2 izduženja., gdje se javlja uzdužna unija ostalih UFL-a.

Tijekom onoga što je nazvano fazom 3 sklapanja, dolazi do radijalnog zbijanja promjera niti, što stvara zrele intermedijarne niti promjera više od 10 nm.

Značajke

Funkcije intermedijarnih filamera znatno ovise o vrsti razmatrane stanice i, u slučaju životinja (uključujući ljude), njihova se ekspresija regulira na tkivno specifičan način, što ovisi i o vrsti tkiva nego u studiju.

Stanice epitalije, mišići, mezenhimske i glijalne stanice i neuroni imaju različite vrste filamenata, specijalizirane prema funkciji stanica kojima pripadaju.

Među tim funkcijama najvažnije su strukturno održavanje stanica i otpornost na različita mehanička naprezanja, jer te strukture imaju određenu elastičnost koja im omogućava da se pritiskaju različite vrste sila nametnute stanicama.

Vrste intermedijarnih niti

Proteini koji čine intermedijarne filamente pripadaju velikoj i heterogenoj obitelji vlaknastih proteina koji su kemijski različiti, ali koji se razlikuju u šest klasa prema homologiji njihovih sljedova (I, II, III, IV, V i VI).

Iako to nije vrlo uobičajeno, različite vrste stanica, pod vrlo određenim uvjetima (razvoj, transformacija stanica, rast, itd.), Mogu ko-eksprimirati više klasa proteina koji stvaraju intermedijarnu filament

Intermedijari klase I i II: kiseli i bazični keratini

Keratini predstavljaju većinu proteina u međupredmetnim nitima, a kod ljudi oni predstavljaju više od tri četvrtine međuprednih niti.

Oni imaju molekularnu masu koja varira između 40 i 70 kDa, a razlikuju se od ostalih proteina filamenata po visokom sadržaju glicina i serinskih ostataka.

Poznati su kao kiseli i bazični keratini zbog svojih izoelektričnih točaka, koji između kiselih keratina kreću između 4,9 i 5,4, a za bazične između 6,1 i 7,8.

U ove dvije klase je opisano oko 30 proteina koji su posebno prisutni u stanicama epitela, gdje obje vrste proteina "ko-polimeriziraju" i tvore složene filamente.

Mnogi keratini srednjeg filamenta I slučaja nalaze se u strukturama kao što su kosa, nokti, rogovi, šiljci i kandže, dok su oni iz klase II najbrojniji u citosolu.

Intermedijarni filamenti III. Razreda: Proteini tipa Desmin / Vimentin

Desmin je kiseli protein 53 kDa koji, ovisno o stupnju fosforilacije, ima različite varijante.

Neki su autori nazivali desmin filamente "intermedijarnim filamentima mišića", jer je njihova prisutnost prilično ograničena, iako u malim količinama, na sve vrste mišićnih stanica.

U miofibrilima se desmin nalazi u liniji Z, pa se smatra da ovaj protein doprinosi kontraktilnim funkcijama mišićnih vlakana funkcionirajući na spoju miofibrila i plazma membrane.

Fotografija bojenja proteina Vimentin, proteina intermedijarnih vlakana epitelnih i embrionalnih stanica (Izvor: Viktoriia Kosach putem Wikimedia Commons)

Zauzvrat, vimentin je protein prisutan u stanicama mezenhima. Intermedijarni filamenti formirani ovim proteinom su fleksibilni i nađeno je da odolijevaju mnogim konformacijskim promjenama koje se događaju tijekom staničnog ciklusa.

Nalazi se u fibroblastima, stanicama glatkih mišića, bijelim krvnim stanicama i ostalim stanicama u cirkulacijskom sustavu životinja.

Intermedijarni filamenti klase IV: neurofilamentni proteini

Također poznata kao "neurofilamenti", ova klasa intermedijarnih filamenata sadrži jedan od temeljnih strukturnih elemenata neuronskih aksona i dendrita; oni su često povezani s mikrotubulima koji također čine ove strukture.

Izolirani su neurofilamenti kralježnjaka, što je utvrdilo da je to trostruki protein od 200, 150 i 68 kDa koji sudjeluje u skupljanju in vitro.

Razlikuju se od ostalih intermedijarnih filamera po tome što imaju bočne krakove kao "priloge" koji projiciraju s njegove periferije i koji funkcioniraju u interakciji između susjednih niti i drugih struktura.

Glijalne stanice proizvode posebnu vrstu intermedijarnih filamenata poznatih kao glialni intermedijarni filamenti, koji se strukturno razlikuju od neurofilamenata po tome što su sastavljeni od jednog proteina 51 kDa i imaju različita fizikalno-kemijska svojstva.

Srednja klasa filamenta V: filamenti nuklearnih lamina

Sve lamine koje su dio nukleoskeleta zapravo su proteini filamenata intermedija. Oni su između 60 i 75 kDa molekulske mase i nalaze se u jezgrama svih eukariotskih stanica.

Oni su bitni za unutarnju organizaciju nuklearnih regija i za mnoge funkcije ove organele ključne za postojanje eukariota.

Srednja klasa filamenta VI: Nestine

Ova vrsta intermedijarnih filamenata teži oko 200 kDa i nalazi se pretežno u matičnim stanicama središnjeg živčanog sustava. Izražavaju se tijekom razvoja neurona.

Srodne patologije

Kod ljudi postoji više bolesti koje su povezane s intermedijarnim nitima.

Na primjer, kod nekih vrsta karcinoma, kao što su zloćudni melanomi ili karcinomi dojke, koekspresija intermedijarnih vlakana vimentina i keratina dovodi do diferencijacije ili međusobne pretvorbe stanica epitela i mezenhima.

Pokazano je da ovaj fenomen eksperimentalno povećava migracijsku i invazivnu aktivnost stanica karcinoma, što ima važne implikacije na metastatske procese karakteristične za ovo stanje.

Eriksson i suradnici (2009) pregledavaju različite vrste bolesti i njihovu povezanost sa specifičnim mutacijama u genima koji sudjeluju u stvaranju šest vrsta intermedijarnih filamenata.

Bolesti povezane s mutacijama u genima koji kodiraju dvije vrste keratina su epidermoliza bullos, epidermolizna hiperkeratoza, distrofija rožnice, keratoderma i mnoge druge.

Intermedijati tipa III uključuju se u brojne kardiomiopatije i u različite mišićne bolesti uglavnom povezane s distrofijama. Osim toga, oni su odgovorni i za dominantnu kataraktu i neke vrste skleroze.

Mnogi neurološki sindromi i poremećaji povezani su s filamentima tipa IV, poput Parkinsonove bolesti. Na isti su način genetske oštećenja filamenta tipa V i VI odgovorna za razvoj različitih autosomalnih bolesti i vezanih uz funkcioniranje stanične jezgre.

Primjeri su sindrom Hutchinson-Gilford progeria, mišićna distrofija Emery-Dreifuss, između ostalih.

Reference

1. Anderton, BiH (1981). Intermedijarni filamenti: obitelj homolognih struktura. Časopis za istraživanje mišića i staničnu pokretljivost, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Uvođenje srednjih niti: od otkrića do bolesti. Časopis za klinička istraživanja, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., i Weber, K. (1994). Intermedijarni filamenti: struktura, dinamika, funkcija i bolest. Annu. Vlč. Biochem., 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT i Seftor, REB (1996). Uloga intermedijarnih filamenata u migraciji, invaziji i metastazi. Recenzije raka i metastaze, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Intermedijarni filamenti: molekularna struktura, mehanizam sklapanja i integracija u funkcionalno različite unutarstanične skele. Godišnji pregled biokemije, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Intermedijarni filamenti: konstrukcija i montaža. Perspektive hladne proljetne luke u biologiji, 8, 1–22.
7. McLean, I., i Lane, B. (1995). Posredni filamenti u bolesti. Trenutno mišljenje o staničnoj biologiji, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., i Roop, D. (1988). Molekularna i stanična biologija intermedijarnih filamenata. Godišnji pregled biokemije, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., i Goldman, R. (1984). Intermedijarni filamenti. Časopis za staničnu biologiju, 99 (1), 1–6.